包括气体、液体、加热和力学等原位研究方法。例如与材料的生长机理紧密结合，可以加热或者是在气相或者液相条件下原位研究微观的形核和生长机理，尤其是研究氧化机理的；生长的过程反过来，对于刻蚀和腐蚀过程也有很多人感兴趣。在传统的金属方面，力学原位杆注入了新鲜的血液，想想你可以原位观察到位错，层错等缺陷原位产生和变化的过程，直到拉伸断裂，还是有点小激动呢。得益于微机电技术（MEMS）的发展，现在能够实现各种gas cell和liquid cell，差不多长这样，来源nature.com 的页面。

当然在liquid cell方面也有最近很火的石墨烯包覆的，大家可以自己去了解一下。

从最开始环境电镜到现在的原位样品杆，现在可以非常方便地把原位杆插到普通的TEM下，甚至是球差矫正S/TEM，比如说这个酷酷的工作，就是在球差矫正高分辨下，把蓝宝石（sapphire，alpha-Al2O3）原位加热之后，观察液态的Al和晶体sapphire之间的界面：

（来自德国乌尔姆的Koch组的，发在PRL上Direct Quantification of Ordering at a Solid-Liquid Interface Using Aberration Corrected Transmission Electron Microscopy）

例如把光镜，拉曼和扫描电镜结合在一块的。还有就是现在已经较为成熟的AEM（analytical electron microscope）中可以同时集成二次电子探测（SEM的信号），背散射电子探测器（tz提到的EBSD），能谱仪（做简单的元素成分分析），高角环形暗场探测器HADDF（用来收集大角度散射的电子，也就是常说的Z衬度像，与元素的原子序数呈正相关关系的ADF—STEM像），明场探头（相干成像，可以看到晶格条纹），普通的CCD（TEM模式下成像），电子能量损失谱仪（EELS，用来做元素成分分析和电子结构分析，能量分辨率和空间分辨率都远远超过能谱仪），现代的电镜贵一点的都是配备了单色器和球差矫正器的，可以大大提高空间分辨和能量分辨率，在空间上实现原子级的分辨和在能量上实现分辨接近零峰的plamon的峰位（指EELS）。总之商业化的趋势就是各种表征方式的大集成。

有电子涡旋束(Vortex beam)和三维重构，另外再加上holography（全息技术）。

电子涡旋束主要是在光路上加了一个特殊的光阑调制出射波的相位，如下，看起来很酷炫nature.com 的页面。

这个技术主要可以在原子尺度上探测材料的磁性和自旋结构：

三维重构和tomography神马的不太懂，大概就是倾转样品（因为倾转beam的话，活动范围太小了）和在不同深度上做一系列section，集中在生物领域，与生物冷冻电镜和计算机的发展有很大关系,这个与日常生活中去医院做CT和MRI是一致的，贴一本书吧。

holography需要相干性很高的电子枪，得到的是经过样品的电子束和未经过样品的电子束的干涉条纹，是相位信息，反映的是材料的电场和磁场的势的分布，可以得到微观磁畴信息等。

以Oak Ridge家的Nion 电镜为代表，主要是突出低的加速电压，在二维材料表征这块玩的很开心Research Highlights。

由于低的加速电压通常指60kV和80kV，就可以放心的去研究各种碳材料和各种缺陷组态了，而不用考虑电子束浮躁损失带来的不稳定性因素，但是低电压意味着低分辨率（波长增加），这时就需要更好的球差矫正器来实现分辨率和浮躁损失之间的一个权衡了，最后有了单色器，玩起EELS来也有很多事情可以干的了，如下就是他们的single atom microscopy和他们的部分工作。

不同的缺陷组态

最左侧是不同twist angle的石墨烯bilayer，可以看到很漂亮的Moire Pattern,右侧是对应的EELS谱，好吧，其实这个工作就是来炫电镜的。来源ccem.mcmaster.ca 的页面。